500kV镇江长江大跨越调爬绝缘子选型的分析和研究

500kV镇江长江大跨越调爬绝缘子选型的分析和研究

唐健

唐健

（江苏省电力公司镇江供电公司江苏镇江212003）

摘要：对运行年限达到23年的500kV大跨越进行绝缘子调爬，除了调爬后绝缘子爬电比距和机械强度要满足设计要求外，还需要考虑调爬后杆塔荷载、导线弧垂、风偏和微风振动等方面的变化。通过对上述几个方面的分析，比较了调爬前后大跨越绝缘子电气、机械性能以及对杆塔荷载、导线风偏、振动的变化。分析表明，500kV长江大跨越调爬后，绝缘子的机械、电气性能满足要求，对杆塔荷载和导线应力、弧垂的影响在允许范围内，在最大程度上保证了线路设备的安全运行，对同类型大跨越线路的调爬工作具有重要的参考价值和指导作用。

关键词：大跨越；现场污秽等级；统一爬电比距（USCD）；杆塔荷载；间隙

引言

500kV镇江长江大跨越于1988年9月建成，共设有双回路跨越塔2基（南岸B塔、北岸C塔），单回路锚塔4基（南岸A1、A2,北岸D1、D2），耐张段长度约2855米[1]。该工程采用意大利U-325钢化玻璃绝缘子（设计荷载325kN），导线耐张串每相8串，每串27片，统一爬电比距为39.75mm/kV；导线悬垂串每相4串，每串32片，统一爬电比距为47.11mm/kV[1]。

根据最新的江苏省电力公司污区分布图，当初的设计爬距已不满足运行要求。2011年3月份，镇江长江大跨越发生了大面积的绝缘子群爆，一次自爆绝缘子数量达到了44片。因此，相关单位组织对大跨越进行了调爬。

调爬首先需要提高绝缘子串的爬电比距，选用同型号钢化玻璃绝缘子必然需要增加整串绝缘子片数，从而导致绝缘子串长增加，导线应力减小，弧垂增大，对地距离减小，因此不可能选用原型号钢化玻璃绝缘子。

大跨越耐张串最终选用国内现有的结构高度和机械强度与原玻璃绝缘子相同，但爬电距离更大的钢化玻璃绝缘子，跨越塔悬垂串选用棒形悬式复合绝缘子，连接标记均与原U-325相同。但在更换后，除了绝缘子串本身的强度和爬距满足要求外，大跨越铁塔荷载、绝缘子串长以及导线应力、弧垂基本是否没有变化，悬式绝缘子的风偏是否满足要求，应该是判断绝缘子选型是否合理必要条件，尤其是在国内首次将复合绝缘子应用于大跨越线路，考虑到线路今后的安全运行，对上述几个问题进行详细分析和论证是非常必要的。

1新旧绝缘子电气、机械性能对比

耐张串绝缘子

大跨越耐张串新旧绝缘子的电气、机械特性对比如表1[3]、表2[3]所示：

通过表1、表2的对比可以看出：电气特性方面：绝缘体长度保持不变，耐雷水平不会降低[3]；因为绝缘子盘径相同，所以相邻联电气间隙与原绝缘子相同；统一爬电比距提高到45.36mm/kV，满足了现场污秽等级规定的不小于44mm/kV的要求。

表1耐张串绝缘子电气特性对比

机械特性方面：绝缘子破坏强度保持不变，连接尺寸保持不变；但整串重量有所增加。

1.2悬垂串绝缘子

大跨越悬垂串新旧绝缘子的电气、机械特性对比如表3、表4所示：

表3悬垂串绝缘子电气特性对比

图1锚塔挂点处的荷载增量示意图

图1中，ΔT为导线张力增量，ΔH、ΔG分别就是锚塔挂点处的纵向荷载和垂直荷载增量，为导线方向与横担水平线夹角。

查阅设计资料[1]，可计算出4基锚塔的角度分别为：14.339°、14.574°、18.918°和19.898°，根据式（1）和式（2），分别计算出A2塔每相挂点处的纵向荷载增量最大值为7.47kN，4基锚塔的垂直荷载增量相同，都为1.91kN。

查阅大跨越设计资料有关杆塔荷载的计算文件[1]，可以汇总出各种工况下，锚塔导线挂点处荷载增量所占调爬前计算总荷载的比重。

经计算，调爬后锚塔挂点处的纵向荷载增量占调爬前最大计算纵向荷载总量的百分比最大为1.27%，而垂直荷载增量所占百分比最大为1.66%。而根据设计资料[1]，锚塔设计荷载取值时均在最大计算荷载的基础上考虑了一定的安全系数，其中，最大风、最大覆冰工况的设计荷载在计算荷载的基础上增大了50%，稀有风、稀有覆冰的设计荷载在计算荷载的基础上增大了15%。

由此可见，大跨越调爬后，锚塔导线挂点的荷载增加并没有超出锚塔本身的设计荷载。

2.2跨越塔

跨越塔两侧耐张绝缘子串重量的增加相同，所以对跨越塔的纵向荷载几乎没有变化。

跨越塔的横向荷载主要为风荷载，由于导地线没有更换，所以导地线风荷载没有变化，同时，由于更换了受风面积更小的复合绝缘子，悬垂绝缘子串的风荷载减小，使得跨越塔横向荷载反而减小了，更有利于杆塔受力。

该设计安全系数满足设计规程规定的导线挂点的设计安全系数不小于2.25的要求[4]。

调爬后导线挂点处的设计安全系数计算为2.27，调爬后导线挂点处的张力同样满足设计规程的要求。

3.2导线弧垂变化

通过本文2.1节中分析可知，导线应力在调爬后略有增加，则导线弧垂不会增大；同时由于调爬保证了耐张绝缘子串长度不变，所以线长也没有变化。因此，调爬后大跨越对交跨物的垂直距离不会减少，不会发生因交跨距离减小而不满足安全距离的情况。

4导线微风振动变化分析

根据本文3.1节的论述，大跨越调爬后导线张力会略有提高。根据微风振动驻波模型[5]，随着导线张力T的增加，振动频率不会增大，但导线波长会增加，所以大跨越调爬后导线的振动强度增加了。根据工程竣工资料，大跨越导线正常运行工况时每相张力为76.44-84.24kN[1]，所以调爬后导线张力增大了2.26-2.49%，导线振动波长增大了1.12-1.24%。

由于导线所受的动弯应力与振幅对波长的比值有关，因而动弯应力的增加不是与导线张力的增大成线性关系[5]。试验资料表明，导线张力到达15%导线拉断力时，导线的弯曲幅值到达最大值，此后张力在增大弯曲幅值增加极微；导线张力约在20%导线拉断力以上时，振动次数趋于恒定状态[5]。而镇江长江大跨越的导线运行张力在20%以上[1]，因此调爬后虽然导线张力和振动波长会有所增加，但导线弯曲幅值（动弯应变）和振动次数不会发生变化。

《500kV镇江长江大跨越微风振动监测系统数据阶段验收报告》[6]表明，调爬后近一年来，大跨越导线线夹出口89mm处的动弯应变维持在5-40με之间，频率范围维持在50Hz到300Hz之间，满足我国关于大跨越无危险振动的判断标准：大跨越导线动弯应变不应超出±100με。

5悬垂串风偏变化分析

根据《电力工程高压送电线路设计手册》[4]，计算B、C跨越塔悬垂串在三种工况下的绝缘子风偏值，如表5所示。

表5悬垂串风偏计算表

表6表明，调爬后大跨越计算风偏角小于调爬前，跨越塔的空气间隙不小于调爬前。

6结论

1）大跨越调爬后，其更换的绝缘子机械强度与原有绝缘子相同，但爬电比距得到显著提高，满足了现场污秽等级的统一爬电比距要求。

2）调爬后，锚塔的横向荷载没有变化，纵向荷载和垂直荷载在调爬前最大计算荷载的基础上增加了1.27%和1.66%，但锚塔设计荷载取值时均在最大计算荷载的基础上考虑了15%和50%安全裕度，所以锚塔的实际荷载并没有超过设计荷载；跨越塔调爬后的纵向荷载没有变化，垂直荷载和水平荷载略有较小，有利于杆塔受力。

3）调爬后大跨越导线张力增加，导线张力安全系数由原来的2.29减小到2.27，但仍满足设计规程规定的导线挂点的设计安全系数不小于2.25的要求；同时导线弧垂略有减小。

4）调爬后虽然导线张力和振动波长会有所增加，但导线弯曲幅值（动弯应变）和振动次数不会发生变化。分析和测振表明大跨越的动弯应变仍然满足我国无危险振动的标准。

5）调爬后，跨越塔悬垂串在运行电压、操作过电压及大气过电压三种工况下的最大风偏角分别为34.8°、10.1°和5.3°，比调爬前计算风偏角略小，满足空气间隙要求。

参考文献：

[1]TECNO,PRISMA.500kV长江大跨越设计资料.意大利米兰:SAE公司,1987.

[2]钱之银，易辉，张爱军，等.DL/T1122-2009架空输电线路外绝缘配置技术导则[Z].北京:中华人民共和国国家能源局,2009.ss

[3]王子瑾，章怡，肖立群，等.500kV镇江长江大跨越瓷瓶更换工程施工图说明书[M].上海：华东电力设计院，2011.

[4]GB50545-2010,110kV-750kV架空输电线路设计规范[S].

[5]张殿生，倪宗德，马绍驳，等.电力工程高压送点线路设计手册[M].北京:中国电力出版社,2004.

[6]高方玉.500kV镇江长江大跨越微风振动监测系统数据阶段验收报告[R].北京:北京国网富达科技发展有限责任公司,2012.